地下水中Cr(Ⅵ)污染是我国当前亟待解决的环境问题。原位氧化还原控制墙(ISRM)技术以其优异的现场修复效果,在Cr(Ⅵ)污染地下水修复中应用广泛。以多硫化物为还原剂的ISRM修复体系,通过与地层中的铁氧化物发生硫化反应,产生具有还原活性的Fe(Ⅱ)建立还原性区域以实现对上游来水中Cr(Ⅵ)的还原固定化。目前对ISRM-多硫化物修复体系中有关铁氧化物界面上与多硫化物的氧化还原反应报道较少。在有限的文献报道中,研究工作主要集中在对针铁矿、纤铁矿、赤铁矿等铁氧化物,而对原位修复中在地下介质中赋存的磁赤铁矿,特别是对在自然体系或人工修复体系中均广泛存在的绿锈等过渡性矿物及其氧化腐蚀产物的硫化研究鲜有报道。本论文首先以磁赤铁矿及活性炭载绿锈氧化前后材料为研究对象,开展在矿物界面上与多硫化物的硫化还原反应过程机制及还原产物对Cr(Ⅵ)还原性能研究。在此基础上,以红壤和褐土为研究对象,通过柱实验模拟现场ISRM-多硫化物原位还原固定化修复Cr(Ⅵ)污染地下水,综合评估硫化改性沉积物对Cr(Ⅵ)的修复效果,具有重要的实际意义。主要结论如下: (1)磁赤铁矿经多硫化物硫化处理后,反应体系中Fe(Ⅱ)含量明显提高,系统中还原产生的总Fe(Ⅱ)随pH升高而减少。硫化后的还原产物在pH7-9条件下均能有效地还原Cr(Ⅵ),去除效率随pH降低而提高。对固相产物的形态分析表明:在所研究的实验条件下,磁赤铁矿经多硫化物硫化所产生的亚铁主要以固态和吸附态形式存在,而溶解态Fe(Ⅱ)占比相对较少。硫化产物中硫主要以Sx2-和S2-两种形态存在,与Cr(Ⅵ)反应后主要产物为单质硫,表明除Fe(Ⅱ)外S(-Ⅱ)也参与了Cr(Ⅵ)的还原固定。 (2)虽然活性炭载绿锈GR@AC对Cr(Ⅵ)具有良好的还原能力,但所对应的氧化产物O-GR@AC活性大大降低。GR@AC和O-GR@AC经多硫化物硫化处理均可提高其还原活性。其中pH7时GR@AC对Cr(Ⅵ)去除率从62%上升至90%,O-GR@AC则从几乎无去除提升至85%。氧化失活后的活性炭负载型绿锈经多硫化物硫化处理后,由于生成具有还原性能的铁硫化物使其还原能力大大提高,表明原位修复受铬污染地下水过程中,向目标地层注入的多硫化物可以与地层中广泛存在绿锈或其氧化腐蚀后的产物发生硫化反应,对在目标含水层建立有效的还原区域及六价铬的还原固定化具有重要贡献。 (3)室内柱实验以红壤和褐土为研究对象,模拟研究了原位还原固定化修复受Cr(Ⅵ)污染地下水的过程。红壤柱和褐土柱经多硫化物硫化后均具有良好的还原能力,能在一段时间内持续性去除Cr(Ⅵ),最终实际电子利用效率分别为23.0%和24.8%。在硫化与Cr(Ⅵ)还原固定化的过程中,体系的pH和氧化还原电位均发生了变化。柱实验研究结果验证了以多硫化物为还原剂采用原位修复受Cr(Ⅵ)污染的地下水系统的有效性。